Электрические и электронные аппараты. Методические указания

Министерство образования и науки Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

Факультет инженерной экологии и городского хозяйства

Кафедра электроэнергетики и электротехники

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕИЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ

Методические указания

Санкт-Петербург

2014

1

УДК621.316.37

Рецензент канд. техн. наук, доцент В. В. Резниченко (СПбГАСУ)

Электрические и электронные аппараты: метод. указания /

сост. В. Я. Соколов; СПбГАСУ. – СПб., 2014. – 28 с.

Содержат задания, методические указания, краткие сведения о конструкции электромагнитных контакторов и другие справочные материалы по разделу «Контакторы» дисциплины «Электрические и электронные аппара- ты»длястудентов,обучающихсяпонаправлению140400–электроэнергетика иэлектротехникапопрофилю–электрооборудованиеиэлектрохозяйствопред- приятий, организаций и учреждений.

Включают краткое изложение вопросов теории и пояснение к оформлению курсовой работы.

Табл. 4. Ил. 11. Библиогр.: 4 назв.

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, 2014

2

Введение

Электрические аппараты осуществляют управление потоком энергииотисточникакприемнику.Ониприменяютсявсистемахпроизводства и распределения электрической энергии и энергоснабжения во всех областях народного хозяйства, в схемах автоматического

инеавтоматического управления электрическими машинами и разнообразным оборудованием.

Наряду с электрическими машинами электрические аппараты являются основными средствами электрификации и автоматизации. Стоимость их нередко оказывается соизмеримой со стоимостью управляемых ими электрических машин и оборудования или даже превышает ее. Электрические аппараты составляют самостоятельную

иобширнуюобластьэлектротехники,ккоторойотноситсябольшинство средств автоматики.

Электрический аппарат – это устройство, управляющее электрическими потребителями, источниками питания, а также использующее электрическую энергию для управления неэлектрическими процессами.

Среди электрических аппаратов выделяют аппараты ручного

идистанционного управления. К последней группе относятся различные виды реле, магнитные пускатели и контакторы.

Контакторы–этоэлектрическиеаппаратыдистанционногодей- ствия, предназначенные для частых включений и отключений силовых электрических цепей при нормальных режимах работы.

Любой контактор должен удовлетворять следующим основным требованиям [1]:

надежно, точно, стабильно и четко работать в течение определенного срока службы, не давая отказов и не изменяя своих параметров;

обладать достаточной термической и электродинамической устойчивостью, перенося без повреждений кратковременные токовые перегрузки аварийных режимов;

обладатьдостаточнымуровнемизоляциичастей,находящихся под напряжением;

3

иметь наименьшие габариты и массу, наименьшие расходы энергии для работы и стоимость.

Контакторы различаются по роду тока: постоянного, переменного (частотой 50 и 60 Гц), а также переменного тока повышенной частоты (до 10 кГц). Они могут выполняться с управлением на постоянномили на переменном токе частотой 50 и60Гц независимо от рода тока главной цепи.

Главным образом контакторыизготавливаютсяна токидо 630 А, напряжения220,440Впостоянноготока, 380,660Вчастотой50и60Гц переменного тока, частотой включений 600, 1200 вкл./ч и соответствующей механической и коммутационной износостойкостью

(10–15 и 1–5 млн циклов).

Электромагнитные контакторы являются основными коммутирующими аппаратами схем автоматизированного электропривода различных технологических производств.

Курсовой проект оформляется в виде расчетно-пояснительной записки на листах формата А4. Текст записки, графики и рисунки рекомендуется выполнять на ЭВМ. Оформление титульного листа дано в приложении. В тексте записки должны быть ссылки на литературу, из которойзаимствованы данные, формулы и т. п. Список литературы приводится в конце записки.

Вариант задания на курсовой проект определяется руководителем. Форма задания также приведена в приложении.

4

1. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ПРИНЦИП РАБОТЫ АППАРАТА

Рассчитываемый контактор (рис. 1) представляет собой трехфазный контактор переменного тока с катушкой постоянного тока 5 с тремя главными замыкающими контактами 7. Дугогасительная система3 обеспечиваетгашениеэлектрическойдуги,возникающейпри размыкании контактов 7. Система дугогашения построена на принципе гашения дуги поперечным магнитным полемв камере с дугогасительной решеткой.

Вданномаппаратеприменяетсяэлектромагнитнаясистемаклапанного типа с вращением якоря 16 на валу1. Это вращение обеспечивает самоустановку подвижных частей и требуемую износостойкость.Подвижныйконтакт7 выполненввидетолстойпластины,нижнийконецкоторойможетповорачиватьсяотносительноточкиопоры.

На неподвижном сердечнике 12 магнитной системы контура установлена втягивающая катушка 5. С подвижной частью магнитной системы (якорем) связаны посредством вала 1 три подвижных главных контакта 7, которые присоединяются к цепи тока при помощи трех гибких проводников 2. Необходимое нажатие главных контактов 7 в их рабочем положении обеспечивается контактными пружинами 10. В процессе соприкосновения подвижного 7 и неподвижного 8 контактов происходит их перекатывание и притирание, что уменьшает переходное сопротивление контакта.

Подвижная система контактора находится в равновесии относительно оси вращения. Якорь электромагнита уравновешивается деталями, несущими подвижный контакт и воспринимающими воздействие возвратной пружины.

Основание аппарата крепится к прочной стальной скобе при помощи шпилек.

При подаче постоянного напряжения на катушку по обмотке электромагнита протекает ток, создающий намагничивающую силу, под действием которой возникает магнитный поток, замыкающийся через сердечник электромагнита, воздушный зазор и якорь. Якорь намагничивается и притягивается к полюсу электромагнита. Его перемещениеприводиткповоротувалаи,какследствие,кзамыканиюглавных контактов, что способствует прохождению коммутируемого тока.

5

Рис. 1. Электромагнитный контактор:

а – магнитная система; б, в – контактная система; 1 – вал;2 –гибкаясвязь;3 –дугогасительнаясистема;4 –изоляционнаяколод-

ка; 5 – катушка управления; 6 – клемма; 7 – контакт подвижный; 8 – контакт неподвижный;9 –контактодержатель; 10 –пружинаконтактная;11 –пружина отключающая; 12 – сердечник; 13 – скоба магнитопровода; 14, 15 – упоры; 16 – якорь

Отключение контактора производится снятием напряжения с катушки. При этомякорь возвращается в исходное положение с помощью отключающей пружины. Фиксация якоря осуществляется путем прижатия его к упору.

6

2.РАСЧЕТ КАТУШКИ УПРАВЛЕНИЯ

Всоответствии с заданием исходными данными являются: серия контактора – КТП-6000;

номинальное напряжение катушки постоянного тока

Uн = _____ В;

магнитодвижущая сила Fм.к = _____ А;

внутренний диаметр обмотки катушки Dвн = _____ см;

режим работы – продолжительный.

Длявыборакорпусакатушки,маркипровода,егодиаметра,типа изоляции используем справочник [3].

Катушкувыбираемкаркасной,компаундированной.Маркупровода выбираем ПЭТВ-1, для которого допустимая температура на-

грева θдоп =130 °С.

Определяем допустимую температуру нагрева обмотки управления

τдоп = θдоп −θо ,

где θо = 40 °С – температура окружающей среды.

Так как выбран провод с эмалевой изоляцией, то принимаем коэффициент заполнения по меди Kэм = 0,5.

Для принятой конструкции катушки выбираем коэффициент

Поскольку катушка компаундированная, то принятый коэффициент теплопередачи увеличим на 8 %:

Отношение ширины обмоточного пространства а, см, к высоте обмоточного пространства h, см, принимаем:

ah = 14.

7

Определяем удельное электрическое сопротивление меди хол, Ом см, при температуре 20 °С:

ρxoл =17,5 10−7 Ом см.

Удельное сопротивление меди при температуре 130 С [2]

ρгор = ρxoл [1+α(θдоп −θxoл ],

где α =0,0043 – температурный коэффициент сопротивления меди,

град1 ; θxoл = 20 °С – температура окружающей среды при холодной

катушке.

ρг =17,5 10−7[1+0,0043(130 −20)]= 25,78 10−7 Ом см.

Определяем высоту обмоточного пространства h, см:

Ширина обмоточного пространства, см, a = h4 .

Наружный диаметр обмотки катушки, см,

Dнар = Dвн +2 a .

Средняя длина витка, см,

lср = π(Dнар2+ Dвн).

Поверхность охлаждения, см2,

S = 2 lср h.

8

Мощность горячей катушки, Вт,

Pгор = k S τдоп.

Сопротивление горячей катушки, Ом,

Rгор = Uн2 .

Pгор

Сопротивление холодной катушки, Ом,

Число витков катушки

Диаметр медной жилы, см,

Ближайшеестандартноезначениедиаметрапровода d = ___ см.

По выбранному диаметру следует уточнить сопротивления обмотки Rгор и Rхол, Ом:

9

МДС при горячем сопротивлении, А,

Fм.к = Uн W .

Rгор

Превышение температуры катушки по определенной МДС, С,

Если τуст < 90 °С,тозаданнаяМДСпревышаетуточненную,что говорит о правильности расчета.

3. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОНТАКТОРА

3.1. Расчет силы отключающей пружины

Исходные данные:

плечо электромагнитной силы lэ = _____ см;

плечо силы контактного нажатия lк = _____ см;

плечо силы прижатия якоря к упору lу = _____ см;

плечо силы отключающей пружины lо = _____см;

жесткость отключающей пружины Cо = _____ смН ;

рабочий воздушный зазор δв = _____ см;

провал замыкающихся контактов h = _____ см;

сила прижатия якоря к упору Pу = _____ Н;

начальное контактное нажатие Pк.н = _____ Н;

конечное контактное нажатие Pк.к = _____Н.

На основании приведенных данных строим кинематическую схему аппарата, представленную на рис. 2.

10